JP2014200962A - 突合せレーザ溶着方法及びその溶着製品 - Google Patents

Abstract

【課題】２つの樹脂部を繋ぎ合わせる溶着部分の強度を確保することができる突合せレーザ溶着方法及びその溶着製品を提供する。
【解決手段】第１樹脂部２の基材に第１突部１２を設け、その根元に基材端縁において第１凹部５を設ける。同様に、第２樹脂部３の基材に第２突部１３を設け、第２突部１３の根元に基材端縁において第２凹部６を設ける。第１樹脂部２及び第２樹脂部３を後から加圧して突合せ、レーザ透過治具１５で第１突部１２及び第２突部１３を上から押さえ付けて加圧しながら、第１突部１２、第２突部１３及び突合せ部１４に、レーザ透過治具１５を介してレーザ光を照射することにより、これら部分を溶融する。溶融樹脂は穴部７に流れ込み、硬化後、第１樹脂部２及び第２樹脂部３を繋げる。
【選択図】図５

Description

本発明は、樹脂材を突き合わせてレーザ光によって溶着する突合せレーザ溶着方法及びその溶着製品に関する。

従来、図９に示すように、２つの基材８１，８２を繋ぎ合わせる製法として、突合せレーザ溶着方法が周知である（例えば、特許文献１等参照）。突合せレーザ溶着方法においては、２つの基材８１，８２をともに後から加圧した状態で突合せ、突合せ部８３にレーザを照射することにより、突合せ部８３を溶融して、２つの基材８１，８２を溶着する。

特開平５−１２３８７８号公報

レーザ溶着は、レーザ照射表面のレーザ吸収が大きく、レーザ照射表面で過剰発熱する傾向にある。このため、レーザ照射時、突合せ部８３の肉厚方向における溶け込みが進行せず、溶着面積を充分に確保できない問題があった。この問題は、基材８１，８２が樹脂材の場合、特に顕著である。よって、突合せ部８３の強度が弱く、製品への実用化がほとんどなされていない現状があった。

本発明の目的は、２つの樹脂部を繋ぎ合わせる溶着部分の強度を確保することができる突合せレーザ溶着方法及びその溶着製品を提供することにある。

前記問題点を解決する突合せレーザ溶着方法は、少なくとも２つの樹脂部を突合せ、その突合せ部をレーザ溶着によって溶融することにより、前記２つの樹脂部を一体に繋げる方法において、端縁に第１凹部が形成された第１樹脂部と、同じく端縁に第２凹部が形成された第２樹脂部とを、前記第１凹部及び前記第２凹部が対向する状態で突合せることにより、前記第１凹部及び前記第２凹部によって穴部が生じる状態とする突合せ工程と、前記第１凹部及び前記第２凹部の少なくとも一方に隣接された突部を、治具によって上から押さえ付け、当該治具を介して少なくとも前記突部にレーザを照射することにより該突部を溶融し、その溶融樹脂を前記穴部に流れ込ませることによって、前記第１樹脂部及び前記第２樹脂部を前記溶融樹脂によって一体に繋ぐ溶着工程とを備えた。

本構成によれば、第１樹脂部の第１凹部、及び第２樹脂部の第２凹部の少なくとも一方に隣接された突部を、治具によって上から押さえ付け、治具を介して少なくとも前記突部にレーザを照射して、突部を溶融する。溶融した樹脂は、第１凹部及び第２凹部により形成される穴部に流れ込み、第１樹脂部及び第２樹脂部を繋げる。このため、第１樹脂部及び第２樹脂部を繋ぐ溶着樹脂は、穴部に入り込んだ箇所として形成されるので、溶着面積を広くとることが可能となる。よって、２つの樹脂部を繋ぎ合わせる溶着部分の強度が確保される。

前記突合せレーザ溶着方法において、前記突部は、前記第１樹脂部及び前記第２樹脂部の両方に形成されていることが好ましい。この構成によれば、レーザ溶着時に溶融する樹脂量を左右で同じ量とすることが可能となるので、溶着の偏りを生じ難くすることが可能となる。

前記突合せレーザ溶着方法において、前記突部の前記端縁の反対側の位置には、前記溶融樹脂の流れ込みを許容するポケットが形成されていることが好ましい。この構成によれば、突部をレーザによって溶融したとき、穴部の反対側に流れ出す溶融樹脂をポケットに収めることが可能となる。よって、レーザ溶着による成型品、つまり溶着製品の表面を平面状に形成するのに有利である。

前記突合せレーザ溶着方法において、前記穴部に前記溶融樹脂が流れ込んで形成される溶着樹脂部の厚みは、溶着による成型品である溶着製品の厚みの１／２以上の値に設定されていることが好ましい。この構成によれば、レーザ照射時に穴部に流れ込む溶融樹脂の面積を広くとることが可能となるので、高い溶着強度の確保に有利となる。

前記問題点を解決する溶着製品は、少なくとも２つの樹脂部を突合せ、その突合せ部をレーザ溶着によって溶融することにより、前記２つの樹脂部を一体に繋げる突合せレーザ溶着によって製造された構成において、端縁に第１凹部が形成された第１樹脂部と、前記第１凹部に対向するように端縁に第２凹部が形成された第２樹脂部と、前記第１凹部及び前記第２凹部からなる穴部に、前記第１樹脂部及び前記第２樹脂部の少なくとも一方が前記突合せレーザによる溶融によって流れ込むことでなり、前記第１樹脂部及び前記第２樹脂部を一体に繋ぐ溶着樹脂部とを備えた。この構成によれば、２つの樹脂部を繋ぎ合わせる溶着部分の強度を確保することが可能となる。

本発明によれば、突合せレーザ溶着において、２つの樹脂部を繋ぎ合わせる溶着部分の強度を確保することができる。

一実施形態の溶着製品の外観を示す斜視図。 溶着製品の断面図。 突合せレーザ溶着する前の第１樹脂部及び第２樹脂部の斜視図。 突合せ工程の作業図。 溶着工程においてレーザ透過治具で加圧しながら突部にレーザ光を照射する作業図。 溶着工程において突部をレーザ光によって溶融させた作業図。 溶着工程において突部をレーザ光によって全溶融させた作業図。 別例の突部形状を示す概要図。 従来の突合せレーザ溶着方法の概念図。

以下、突合せレーザ溶着方法及びその溶着製品の一実施形態を図１〜図７に従って説明する。
図１に示すように、突合せレーザ溶着方法によって製造された溶着製品１は、略平板状の第１樹脂部２と同じく略平板状の第２樹脂部３とを、互いの端縁においてレーザ溶着によって繋ぎ合わせることにより形成されている。第１樹脂部２及び第２樹脂部３は、例えば熱可塑性樹脂からなるとともに、左右対称形状をなしている。

第１樹脂部２及び第２樹脂部３の当接部分には、第１樹脂部２及び第２樹脂部３を繋ぎ合わせる溶着樹脂部４が設けられている。溶着樹脂部４は、溶着製品１の奥行き方向（図１のＸ軸方向）において一帯に設けられている。溶着樹脂部４は、第１樹脂部２の端縁に形成された第１凹部５と第２樹脂部３の端縁に形成された第２凹部６とにより形成される穴部７に埋設されている。溶着樹脂部４は、レーザ溶着によって溶融された第１樹脂部２及び第２樹脂部３の一部分が穴部７に流れ込むことにより形成される。

第１樹脂部２の表面には、端縁から所定の内側位置に、レーザ溶着時に溶融する樹脂の一部が逃げて流入する第１ポケット８が凹設されている。このため、第１ポケット８には、第１流入樹脂部９が溶着製品１の奥行き方向全域に亘って形成されている。第２樹脂部３の表面にも、端縁から所定の内側位置に、レーザ溶着時に溶融する樹脂の一部が逃げて流入する第２ポケット１０が凹設されている。このため、第２ポケット１０にも、第２流入樹脂部１１が溶着製品１の奥行き方向全域に亘って形成されている。溶着樹脂部４、第１流入樹脂部９及び第２流入樹脂部１１は、樹脂（第１樹脂部２及び第２樹脂部３）が溶融して形成されるので、一続き（一体部材）となって形成される。

図２に示すように、溶着樹脂部４の厚みＤは、溶着製品１の厚みＴに対して１／２以上の値に設定されている。これは、溶着樹脂部４の第１樹脂部２及び第２樹脂部３に対する溶着面積を確保するためである。第１ポケット８の深さｄ１、及び第２ポケット１０の深さｄ２は、レーザ溶着時に逃げて流入してくる溶融樹脂を収めることができる深さを有していればよい。

次に、図３〜図７を用いて、突合せレーザ溶着方法を使用した溶着製品１の製造方法を説明する。
図３に示すように、第１樹脂部２の基材２ａには、端縁において奥行き方向（図３のＸ軸方向）の全域に第１突部１２が形成されている。第２樹脂部３の基材３ａにも、端縁において奥行き方向（図３のＸ軸方向）の全域に第２突部１３が形成されている。これら基材２ａ，３ａは、左右対称形状に形成されている。第１突部１２及び第２突部１３は、先端が曲面形状に形成されている。第１突部１２の根元には、一方に切り欠き状の第１凹部５が形成され、他方に第１ポケット８が形成されている。第２突部１３の根元には、一方に切り欠き状の第２凹部６が形成され、他方に第２ポケット１０が形成されている。

図４に示すように、第１樹脂部２及び第２樹脂部３をともに後から加圧して突合せ、第１樹脂部２及び第２樹脂部３の端面同士を突合せ部１４において当接させる（突合せ工程）。このとき、第１樹脂部２の第１凹部５と第２樹脂部３の第２凹部６とが一続きとなるように位置合わせされることにより、第１凹部５及び第２凹部６の両内面によって穴部７が形成される。突合せ時、第１樹脂部２及び第２樹脂部３をそれぞれ後から加圧することにより、第１樹脂部２と第２樹脂部３とを突合せ部１４において、きっちりと密着させる。

図５に示すように、第１樹脂部２及び第２樹脂部３の表面、つまり第１突部１２及び第２突部１３を、レーザ光を通過可能なレーザ透過治具１５で上から加圧して押さえ付けながら、レーザ透過治具１５を介して、レーザ光を第１突部１２、第２突部１３及び突合せ部１４に照射して、これらを溶融させる（溶着工程）。第１突部１２、第２突部１３及び突合せ部１４は、レーザ光の熱によって溶け始め、流れ出す。レーザ照射は、例えばスポット照射が使用されている。レーザ透過治具１５がガラス製（ガラス板）の場合、レーザ種は、例えばＹＡＧ、ＬＤ、ＹＶＯ_４、ファイバー等が使用される。また、レーザ透過治具１５がＺｎＳ製（ＺｎＳ板）の場合、レーザ種は、例えばＣＯ_２等が使用される。

図６に示すように、第１突部１２及び第２突部１３においてレーザ光により溶融した樹脂は、上から加圧されて沈み込むレーザ透過治具１５によって穴部７、第１ポケット８及び第２ポケット１０に流れ込む。第１突部１２及び第２突部１３の溶融が進むに連れて、レーザ透過治具１５は徐々に下方にスライドしていく。なお、レーザ透過治具１５は、溶融した樹脂を冷却するヒートシンク効果も有する。

図７に示すように、第１突部１２及び第２突部１３が全て溶融すると、溶融樹脂によって穴部７、第１ポケット８及び第２ポケット１０が埋められる。第１突部１２及び第２突部１３が全て溶融したとき、溶融により形成された樹脂部分（溶着樹脂部４、第１流入樹脂部９及び第２流入樹脂部１１）と、第１樹脂部２及び第２樹脂部３においてレーザ溶着されていない部分とは、ほぼ面一の平面状となる。以上により、第１樹脂部２及び第２樹脂部３は、穴部７に埋設された溶融樹脂、つまり溶着樹脂部４によって一体に繋げられる。

本実施形態の構成によれば、以下に記載の効果を得ることができる。
（１）第１樹脂部２の基材２ａに、所定量の高さを有する第１突部１２を設け、その根元に第１凹部５を設けておく。第２樹脂部３の基材３ａに、第１突部１２と同じ高さの第２突部１３を設け、第２突部１３の根元に、第１凹部５と同じ深さの第２凹部６を設けておく。第１樹脂部２及び第２樹脂部３を後から加圧して突合せ、レーザ透過治具１５で第１突部１２及び第２突部１３を上から押さえ付けて加圧しながら、第１突部１２、第２突部１３及び突合せ部１４に、レーザ透過治具１５を介してレーザ光を照射することにより、これら部分を溶融する。溶融樹脂は穴部７に流れ込み、硬化後、溶着樹脂部４となって第１樹脂部２及び第２樹脂部３を一体に繋ぐ。このため、溶着樹脂部４は、穴部７に流れ込んだ箇所から形成されるので、基材２ａ，３ａの奥方向（肉厚方向）に入り込んだサイズの大きな部材として形成される。よって、溶着面積を広くとることが可能となるので、溶着による第１樹脂部２及び第２樹脂部３の繋ぎ部分の強度を確保することができる。

（２）第１突部１２及び第２突部１３の潰れ量から、溶融樹脂の樹脂量を判断することが可能となるので、第１突部１２及び第２突部１３の潰れ量により、溶着強度の品質保証を行うことができる。

（３）レーザ透過治具１５には、溶融樹脂を冷却するヒートシンク効果もあるので、レーザ溶着時、溶融樹脂の過熱を抑制することができる。
（４）第１樹脂部２及び第２樹脂部３の両方に、対称形状で第１突部１２及び第２突部１３を設けた。よって、レーザ溶着時に溶融する樹脂量を左右で同じ量とすることが可能となるので、溶着の偏りを生じ難くすることができる。

（５）第１樹脂部２において第１突部１２の根元に第１ポケット８を設け、第２樹脂部３において第２突部１３の根元に第２ポケット１０を設けた。このため、レーザ溶着によって第１突部１２及び第２突部１３を溶融したとき、穴部７に対して逆側に流れ出す溶融樹脂を第１ポケット８及び第２ポケット１０に収めることができる。よって、レーザ溶着による成型品、つまり溶着製品１の表面を平面状に形成するのに有利となる。

（６）溶着樹脂部４の厚みＤは、溶着製品１の厚みＴに対して１／２以上の値に設定されている。よって、レーザ溶着時に穴部７に流れ込む溶融樹脂の面積を広くとることが可能となるので、高い溶着強度の確保に有利となる。

なお、実施形態はこれまでに述べた構成に限らず、以下の態様に変更してもよい。
・図８に示すように、レーザ透過治具１５に押し付けられてレーザ溶着される突部は、一方の樹脂部（例えば、第２樹脂部３）にのみ形成されてもよい。

・第１突部１２及び第２突部１３の形状は、例えば直方体や三角錐など、種々の形状に変更可能である。
・第１突部１２及び第２突部１３は、同じ高さに形成されることに限らず、高さを異ならせてもよい。

・溶着樹脂部４は、溶着製品１の奥行き方向全域に亘って一帯に形成されることに限らず、部分的に形成されてもよい。即ち、突合せ部１４の一部分にのみ溶着樹脂部４が形成されてもよい。よって、例えば第１突部１２、第２突部１３、第１凹部５、第２凹部６、第１ポケット８、第２ポケット１０等の溶着樹脂部４に関係する部材も、一部分にのみ形成されるようにしてもよい。

・溶着樹脂部４は、突合せ部１４において所定間隔を開けて複数点在するように形成されてもよい。
・突合せ工程や溶着工程で使用する加圧器は、種々の機器や方式が採用可能である。

・レーザ照射は、スポット照射（１点照射）に限定されず、例えばレーザ光を動かしながら加工面を溶着する方式でもよい。
・レーザ溶着の方式は、種々のレーザ種に変更可能であり、種々のレーザ透過治具１５に変更可能である。

・穴部７は、略半円形状に限定されず、例えば略コ字形状など、他の形状に変更可能である。
・第１凹部５及び第２凹部６は、互いに深さが異なる形状をとってもよい。

・第１ポケット８及び第２ポケット１０は、例えば複数の穴から形成されてもよい。
・第１ポケット８及び第２ポケット１０は、省略してもよい。この場合、レーザ溶着による溶融樹脂によって溶着樹脂部４のみが形成される。

・溶着製品１は、例えば３つ以上の樹脂部を溶着して成型された製品でもよい。

１…溶着製品、２…第１樹脂部、３…第２樹脂部、４…溶着樹脂部、５…第１凹部、６…第２凹部、７…穴部、８…第１ポケット、１０…第２ポケット、１２…第１突部、１３…第２突部、１４…突合せ部、Ｄ…溶着樹脂部の厚み、Ｔ…溶着製品の厚み。

Claims (5)

1. 少なくとも２つの樹脂部を突合せ、その突合せ部をレーザ溶着によって溶融することにより、前記２つの樹脂部を一体に繋げる突合せレーザ溶着方法において、
   端縁に第１凹部が形成された第１樹脂部と、同じく端縁に第２凹部が形成された第２樹脂部とを、前記第１凹部及び前記第２凹部が対向する状態で突合せることにより、前記第１凹部及び前記第２凹部によって穴部が生じる状態とする突合せ工程と、
   前記第１凹部及び前記第２凹部の少なくとも一方に隣接された突部を、治具によって上から押さえ付け、当該治具を介して少なくとも前記突部にレーザを照射することにより該突部を溶融し、その溶融樹脂を前記穴部に流れ込ませることによって、前記第１樹脂部及び前記第２樹脂部を前記溶融樹脂によって一体に繋ぐ溶着工程と
   を備えたことを特徴とする突合せレーザ溶着方法。
2. 前記突部は、前記第１樹脂部及び前記第２樹脂部の両方に形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の突合せレーザ溶着方法。
3. 前記突部の前記端縁の反対側の位置には、前記溶融樹脂の流れ込みを許容するポケットが形成されている
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の突合せレーザ溶着方法。
4. 前記穴部に前記溶融樹脂が流れ込んで形成される溶着樹脂部の厚みは、溶着による成型品である溶着製品の厚みの１／２以上の値に設定されている
   ことを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の突合せレーザ溶着方法。
5. 少なくとも２つの樹脂部を突合せ、その突合せ部をレーザ溶着によって溶融することにより、前記２つの樹脂部を一体に繋げる突合せレーザ溶着によって製造された溶着製品において、
   端縁に第１凹部が形成された第１樹脂部と、
   前記第１凹部に対向するように端縁に第２凹部が形成された第２樹脂部と、
   前記第１凹部及び前記第２凹部からなる穴部に、前記第１樹脂部及び前記第２樹脂部の少なくとも一方が前記突合せレーザによる溶融によって流れ込むことでなり、前記第１樹脂部及び前記第２樹脂部を一体に繋ぐ溶着樹脂部と
   を備えたことを特徴とする溶着製品。